JP2018066678A - Device for detecting non-conduction in semiconductor switching element - Google Patents

Device for detecting non-conduction in semiconductor switching element Download PDF

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田村 浩明
Hiroaki Tamura
浩明 田村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-conduction detection device with which it is possible to detect the occurrence of electrical non-conduction in a semiconductor switching element and specify a semiconductor switching element whose electrical conduction is lost.SOLUTION: Provided is a non-conduction detection device for detecting electrical non-conduction in semiconductor switching elements constituting AC switches 3u, 3v, 3w, 4u, 4v, 4w, each connected between each phase of three-phase AC power supplies 1, 2 and a load 5. This non-conduction detection device comprises: voltage detectors 11-13, full-wave rectifier circuits 21-23, and subtractors 41, 42 for detecting a differential voltage between the input line voltage and the output line voltage of an AC switch; and comparators 31, 32, AND circuits 51, 52, and timekeeping elements 61, 62 for detecting which switching element that constitutes the AC switch is in an electrical non-conduction state when the differential voltage exceeds a prescribed threshold while a gate signal is applied to the AC switch.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、例えば電源転換回路用の交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の不導通状態を検出する技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for detecting a non-conduction state of a semiconductor switching element that constitutes an AC switch for a power conversion circuit, for example.

交流スイッチを構成するサイリスタの不導通状態を検出する従来技術としては、例えば特許文献1に記載された不導通検出装置が知られている。
図5は、上記の不導通検出装置を示す構成図である。図5において、101は三相交流電源、102は負荷、103u,103v,103wは各相(U,V,W相)の電流検出器、THua,THub,THva,THvb,THwa,THwbは各相の交流スイッチを構成するサイリスタ、105はU,V相間の線間電圧VUVを検出する電圧検出器、110は線間電圧VUVから同期信号を生成する同期検出回路、120はU相のサイリスタTHuaまたはTHubの不導通を検出する不導通検出回路である。
As a conventional technique for detecting a non-conduction state of a thyristor constituting an AC switch, for example, a non-conduction detection device described in Patent Document 1 is known.
FIG. 5 is a configuration diagram showing the above-described non-conducting detection device. In FIG. 5, 101 is a three-phase AC power source, 102 is a load, 103u, 103v, and 103w are current detectors for each phase (U, V, and W phases), THua, THub, THva, THvb, THwa, THwa, and THwb are each phase. , A voltage detector that detects a line voltage V UV between the U and V phases, 110 a synchronization detection circuit that generates a synchronization signal from the line voltage V UV , and 120 a thyristor of the U phase. This is a non-conduction detection circuit that detects non-conduction of THua or THub.

不導通検出回路120において、121は線間電圧VUVの同期信号を30°遅らせてU相電圧の同期信号を得るための減算器、122はU相電圧の同期信号から60°間隔の割込信号を生成する割込信号発生回路、123はマイコン、123aはU相正電流の実効値演算回路、123bはU相負電流の実効値演算回路、123cは各実効値演算回路123a,123bからそれぞれ出力される正負電流実効値の偏差を求める減算器、124は上記偏差を検出レベルと比較してサイリスタの不導通検出信号を出力する比較器である。
なお、各実効値演算回路123a,123bには、60°間隔の割込信号のほか、U相電流検出値のサンプリングや種々の演算を行うための400μsの定周期割込信号が入力されている。
In the non-conducting detection circuit 120, 121 is a subtractor for delaying the synchronizing signal of the line voltage V UV by 30 ° to obtain a U-phase voltage synchronizing signal, and 122 is an interrupt at 60 ° intervals from the U-phase voltage synchronizing signal. An interrupt signal generating circuit for generating a signal, 123 is a microcomputer, 123a is a U-phase positive current effective value arithmetic circuit, 123b is a U-phase negative current effective value arithmetic circuit, and 123c is from each of the effective value arithmetic circuits 123a and 123b. A subtractor 124 for obtaining the deviation of the positive and negative current effective values to be output is a comparator 124 that compares the deviation with a detection level and outputs a thyristor non-conduction detection signal.
Each RMS value calculation circuit 123a, 123b is input with a periodic periodic interrupt signal of 400 μs for sampling the U-phase current detection value and performing various calculations in addition to the interrupt signal at intervals of 60 °. .

ここで、電圧検出器105、同期検出回路110、不導通検出回路120はU相のサイリスタTHuaまたはTHubの不導通を検出するためのものであり、図示されていないが、V相のサイリスタTHvaまたはTHvb、W相のサイリスタTHwaまたはTHwbの不導通検出用に、V相,W相にもそれぞれ同様の回路が設けられている。   Here, the voltage detector 105, the synchronization detection circuit 110, and the non-conduction detection circuit 120 are for detecting the non-conduction of the U-phase thyristor THua or THub, and although not shown, the V-phase thyristor THva or A similar circuit is provided for each of the V phase and the W phase for detecting non-conduction of the THvb and W phase thyristors THwa or THwb.

次に、この従来技術において、U相のサイリスタTHuaまたはTHubの何れかが故障によって不導通となった場合の不導通検出動作を、図6を参照しつつ説明する。
各実効値演算回路123a,123bは、400μsの定周期割込信号によりU相電流検出値のサンプリング、その二乗値演算を行い、U相電圧の半周期ごとにU相正電流及びU相負電流の二乗積分値の演算,保持,リセットを行う。また、これらの二乗積分値に基づいてU相正電流及びU相負電流の実効値(rms)を演算し、この実効値をU相電圧の半周期ごとに更新されるようになっている。
Next, in this conventional technique, a non-conduction detection operation when either U-phase thyristor THua or THub becomes non-conductive due to a failure will be described with reference to FIG.
Each of the effective value calculation circuits 123a and 123b performs sampling of the U-phase current detection value and calculation of the square value thereof by a periodic periodic interrupt signal of 400 μs, and performs U-phase positive current and U-phase negative current every half cycle of the U-phase voltage. Calculates, holds, and resets the square integral value of. Further, the effective values (rms) of the U-phase positive current and the U-phase negative current are calculated based on these square integral values, and the effective values are updated every half cycle of the U-phase voltage.

いま、サイリスタTHuaまたはTHubの何れかが不導通となり、図6の時刻tでU相電流検出値が消失したとする。この場合、U相負電流の二乗積分値がそれ以前より小さくなり、負期間のデータ更新サイクルではU相負電流の実効値が大幅に減少するのに対し、U相正電流の実効値は以前とほぼ同じ大きさを維持するため、図5の減算器123cにより算出されるU相電流実効値の偏差は、図6の下から2段目の波形のようになる。
従って、比較器124に適宜な不導通検出レベルを設定しておくことにより、サイリスタTHuaまたはTHubの何れかが不導通になったことを示す不導通検出信号を比較器124から出力させることができる。
Now, either the thyristor THua or THub becomes non-conductive, and U-phase current detection value at time t 0 in FIG. 6 is lost. In this case, the square integral value of the U-phase negative current is smaller than before, and the effective value of the U-phase negative current is greatly reduced in the data update cycle in the negative period, whereas the effective value of the U-phase positive current is Therefore, the deviation of the effective value of the U-phase current calculated by the subtractor 123c in FIG. 5 becomes a waveform in the second stage from the bottom in FIG.
Therefore, by setting an appropriate non-conduction detection level in the comparator 124, a non-conduction detection signal indicating that either the thyristor THua or THub is non-conductive can be output from the comparator 124. .

特開2013−24682号公報(段落[0014]〜[0018],[0024]、図1,図2等)JP 2013-24682 (paragraphs [0014] to [0018], [0024], FIG. 1, FIG. 2, etc.)

上述した従来技術において、全てのサイリスタの不導通を検出するためには各相個別に同期検出回路や不導通検出回路等を設ける必要があり、回路構成が複雑化してコスト高になると共に、不導通になったサイリスタを特定することができないという問題があった。   In the above-described prior art, in order to detect the non-conduction of all thyristors, it is necessary to provide a synchronization detection circuit, a non-conduction detection circuit, etc. for each phase individually. There was a problem that the thyristor that became conductive could not be identified.

そこで、本発明の解決課題は、回路構成の簡略化及びコストの低減を図ると共に、不導通になった半導体スイッチング素子の特定を可能にした不導通検出装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a non-conducting detection device capable of simplifying a circuit configuration and reducing costs and identifying a semiconductor switching element that has become non-conducting.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、
三相交流電源の各相と負荷との間にそれぞれ接続された交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の不導通状態を検出する不導通検出装置において、
前記交流スイッチの入力電圧と出力電圧との差電圧を検出する手段と、
前記交流スイッチをオン・オフさせるための駆動制御信号が与えられた状態で前記差電圧が所定の閾値を超えた時に、前記交流スイッチを構成する何れかの半導体スイッチング素子が不導通状態であることを示す不導通検出信号を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1
In a non-conducting detection device for detecting a non-conducting state of a semiconductor switching element constituting an AC switch connected between each phase of a three-phase AC power source and a load,
Means for detecting a differential voltage between an input voltage and an output voltage of the AC switch;
One of the semiconductor switching elements constituting the AC switch is in a non-conductive state when the differential voltage exceeds a predetermined threshold in a state where a drive control signal for turning on / off the AC switch is given. Means for generating a non-conduction detection signal indicating
It is provided with.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した半導体スイッチングの不導通検出装置において、前記差電圧を検出する手段は、各相の前記交流スイッチに入力される線間電圧の全波整流波形と各相の前記交流スイッチから出力される線間電圧の全波整流波形との差電圧を検出することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor switching non-conduction detecting device according to the first aspect, the means for detecting the differential voltage is a full-wave rectified waveform of a line voltage input to the AC switch of each phase. And the full-wave rectified waveform of the line voltage output from the AC switch of each phase is detected.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した半導体スイッチング素子の不導通検出装置において、前記三相交流電源の任意の二相の線間電圧の位相を検出する手段を備え、前記位相と前記不導通検出信号とに基づいて不導通状態の半導体スイッチング素子を特定する手段を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor switching element non-conduction detecting device according to the first or second aspect, the semiconductor switching element non-conduction detecting device includes means for detecting a phase of an arbitrary two-phase line voltage of the three-phase AC power source, A means for specifying a semiconductor switching element in a non-conduction state based on a phase and the non-conduction detection signal is provided.

請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載した半導体スイッチング素子の不導通検出装置において、前記交流スイッチが、互いに逆並列に接続された2個のサイリスタからなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor switching element non-conducting detection device according to any one of the first to third aspects, the AC switch includes two thyristors connected in antiparallel to each other. It is characterized by.

請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載した半導体スイッチング素子の不導通検出装置において、前記三相交流電源及び前記交流スイッチを有する給電系統を複数備え、一つの給電系統から前記不導通検出信号が検出され、かつ当該給電系統の出力電圧が低下した時に、当該給電系統による前記負荷への給電を停止して他の給電系統による給電に切り換えるように前記駆動制御信号を制御する手段を備えたことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor switching element non-conducting detection device according to any one of the first to fourth aspects, the apparatus includes a plurality of power feeding systems including the three-phase alternating current power source and the alternating current switch. When the non-conduction detection signal is detected from the power feeding system and the output voltage of the power feeding system is lowered, the drive control is performed so that power feeding to the load by the power feeding system is stopped and switched to power feeding by another power feeding system. A means for controlling the signal is provided.

本発明によれば、比較的簡単な回路構成により、三相交流電源から負荷への給電系統に接続された交流スイッチを構成する何れかのサイリスタ等の半導体スイッチング素子が不導通状態であること、更には、どのスイッチング素子が不導通になったかという素子の特定が可能である。
また、スイッチング素子の不導通を検出した場合には、給電系統を速やかに切り換えて電源転換を行い、故障系統への横流の発生を防止しつつ負荷への給電を継続することができる。
According to the present invention, a semiconductor switching element such as any thyristor constituting an AC switch connected to a power supply system from a three-phase AC power source to a load is in a non-conductive state by a relatively simple circuit configuration. Furthermore, it is possible to identify the element which switching element has become non-conductive.
Further, when the non-conduction of the switching element is detected, the power supply system can be quickly switched to switch the power supply, and the power supply to the load can be continued while preventing the occurrence of a cross current to the faulty system.

本発明の実施形態に係る不導通検出装置の構成図である。It is a block diagram of the non-conducting detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of embodiment of this invention. 特許文献1に記載された従来技術の構成図である。It is a block diagram of the prior art described in patent document 1. FIG. 図5に示した従来技術の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the prior art shown in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
なお、本実施形態は、電源転換回路の交流スイッチを構成するサイリスタの不導通状態を検出するものであるが、対象とする半導体スイッチング素子はサイリスタに限らず、パワートランジスタ等の各種のパワー半導体素子であっても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present embodiment detects the non-conducting state of the thyristor constituting the AC switch of the power conversion circuit. However, the target semiconductor switching element is not limited to the thyristor, and various power semiconductor elements such as a power transistor. It may be.

図1は、この実施形態に係る不導通検出装置の構成図である。
図1において、第1,第2の三相交流電源1,2が三相の電力線6u,6v,6wを介して接続され、これらの電力線6u,6v,6wには負荷5が接続されている。また、三相交流電源1の各相と負荷5との間の電力線6u,6v,6wには、交流スイッチ3u,3v,3wがそれぞれ接続され、三相交流電源2の各相と負荷5との間の電力線6u,6v,6wにも、交流スイッチ4u,4v,4wがそれぞれ接続されている。
U相の交流スイッチ3uはサイリスタSCR11,SCR12を逆並列に接続して構成され、同じく交流スイッチ4uはサイリスタSCR21,SCR22を逆並列に接続して構成されている。これは、他相の交流スイッチ3v,3w,4v,4wについても同様である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a non-conducting detection device according to this embodiment.
In FIG. 1, first and second three-phase AC power supplies 1 and 2 are connected via three-phase power lines 6u, 6v and 6w, and a load 5 is connected to these power lines 6u, 6v and 6w. . Further, AC switches 3u, 3v, 3w are respectively connected to the power lines 6u, 6v, 6w between each phase of the three-phase AC power source 1 and the load 5, and each phase of the three-phase AC power source 2 and the load 5 are connected to each other. AC switches 4u, 4v, 4w are also connected to the power lines 6u, 6v, 6w, respectively.
The U-phase AC switch 3u is configured by connecting thyristors SCR 11 and SCR 12 in antiparallel, and the AC switch 4u is configured by connecting thyristors SCR 21 and SCR 22 in antiparallel. The same applies to the AC switches 3v, 3w, 4v, 4w of other phases.

ここで、三相交流電源1及び交流スイッチ3u,3v,3wを含む負荷5への給電系統を1系の給電系統、三相交流電源2及び交流スイッチ4u,4v,4wを含む負荷5への給電系統を2系の給電系統として、負荷5に対しては1系または2系の給電系統から電力を供給するものとする。そして、一方の系の交流スイッチを構成するサイリスタが故障して不導通になった場合には、健全なサイリスタを有する他方の給電系統から負荷5に給電する(いわゆる電源転換を行う)ようになっている。
なお、1系の交流スイッチ3u,3v,3wを構成する全てのサイリスタはゲート信号(駆動制御信号)Gにより、2系の交流スイッチ4u,4v,4wを構成する全てのサイリスタはゲート信号Gにより、それぞれオン・オフされるものである。
Here, the power supply system to the load 5 including the three-phase AC power source 1 and the AC switches 3u, 3v, and 3w is connected to the load 5 including the one-system power supply system, the three-phase AC power source 2 and the AC switches 4u, 4v, and 4w. Assume that the power supply system is a 2-system power supply system, and the load 5 is supplied with power from the 1-system or 2-system power supply system. When the thyristor constituting the AC switch of one system breaks down and becomes non-conductive, power is supplied to the load 5 from the other power supply system having a healthy thyristor (so-called power conversion is performed). ing.
Note that one type of AC switch 3u, 3 v, by all of the thyristor gate signal (drive control signal) G 1 constituting the 3w, 2 system AC switch 4u, 4v, all thyristors constituting the 4w gate signal G 2 are turned on and off respectively.

三相交流電源1と交流スイッチ3u,3v,3wとの間には、交流スイッチ3u,3v,3wへの入力相電圧を検出する第1の電圧検出回路11が接続され、三相交流電源2と交流スイッチ4u,4v,4wとの間には、交流スイッチ4u,4v,4wへの入力相電圧を検出する第2の電圧検出回路12が接続されている。また、交流スイッチ3u,3v,3wと交流スイッチ4u,4v,4wとの間には、各交流スイッチの出力相電圧を検出する第3の電圧検出回路13が接続されている。
第1〜第3の電圧検出回路11,12,13から出力された二相の電圧瞬時値とその和に「−1」を乗じて得た残り一相の電圧瞬時値とは、第1〜第3の全波整流回路21,22,23に入力され、入力線間電圧の全波整流波形が出力される。
A first voltage detection circuit 11 for detecting an input phase voltage to the AC switches 3u, 3v, 3w is connected between the three-phase AC power source 1 and the AC switches 3u, 3v, 3w. And the AC switches 4u, 4v, 4w are connected with a second voltage detection circuit 12 for detecting the input phase voltage to the AC switches 4u, 4v, 4w. A third voltage detection circuit 13 for detecting the output phase voltage of each AC switch is connected between the AC switches 3u, 3v, 3w and the AC switches 4u, 4v, 4w.
The two-phase voltage instantaneous values output from the first to third voltage detection circuits 11, 12, 13 and the remaining one-phase voltage instantaneous values obtained by multiplying the sum by "-1" are The signals are input to the third full-wave rectifier circuits 21, 22, and 23, and full-wave rectified waveforms of the input line voltage are output.

全波整流回路21,23の出力は第1の減算器41に図示の符号でそれぞれ入力され、その出力は第1の比較器31の一方の入力端子に加えられている。また、全波整流回路22,23の出力は第2の減算器42に図示の符号でそれぞれ入力され、その出力は第2の比較器32の一方の入力端子に加えられている。
第1,第2の比較器31,32の各他方の入力端子には、設定器7から所定の閾値がそれぞれ入力されている。
The outputs of the full-wave rectifier circuits 21 and 23 are respectively input to the first subtractor 41 with the illustrated sign, and the output is applied to one input terminal of the first comparator 31. Further, the outputs of the full-wave rectifier circuits 22 and 23 are respectively input to the second subtractor 42 by the sign shown, and the output is applied to one input terminal of the second comparator 32.
A predetermined threshold value is input from the setting device 7 to the other input terminal of each of the first and second comparators 31 and 32.

比較器31の出力は第1のアンド回路51の一方の入力端子に加えられ、比較器32の出力は第2のアンド回路52の一方の入力端子に加えられている。また、アンド回路51の他方の入力端子には1系の交流スイッチ3u,3v,3wに対するゲート信号Gが加えられ、アンド回路52の他方の入力端子には2系の交流スイッチ4u,4v,4wに対するゲート信号Gが加えられている。 The output of the comparator 31 is applied to one input terminal of the first AND circuit 51, and the output of the comparator 32 is applied to one input terminal of the second AND circuit 52. The other is the input terminal 1 based AC switch 3u of the AND circuit 51, 3 v, the gate signal G 1 is applied against 3w, AC switch 4u of 2 system to the other input terminal of the AND circuit 52, 4v, the gate signal G 2 is added for 4w.

アンド回路51,52の出力側には第1,第2の計時要素61,62がそれぞれ接続され、アンド回路51,52の出力のレベルが計時要素61,62による設定時間を超えて「High」である時に、第1,第2のサイリスタ不導通検出信号S,Sがそれぞれ出力されるようになっている。
また、第1,第2の電圧検出回路11,12から出力される二相(例えばU,V相)間の線間電圧VUVの位相を検出する第1,第2の位相検出回路71,72が設けられており、位相検出回路71,72の出力は第1,第2の不導通サイリスタ特定回路81,82にそれぞれ入力されている。なお、位相検出回路71,72によって位相が検出される線間電圧は、U,V相間の線間電圧に限らず、任意の二相間の線間電圧であれば良い。
The first and second timing elements 61 and 62 are connected to the output sides of the AND circuits 51 and 52, respectively. The output level of the AND circuits 51 and 52 exceeds the set time by the timing elements 61 and 62, and is “High”. At this time, the first and second thyristor non-conduction detection signals S 1 and S 2 are output, respectively.
Also, first and second phase detection circuits 71, 71 for detecting the phase of the line voltage VUV between two phases (for example, U and V phases) output from the first and second voltage detection circuits 11, 12 72 is provided, and the outputs of the phase detection circuits 71 and 72 are input to the first and second non-conducting thyristor specifying circuits 81 and 82, respectively. Note that the line voltage whose phase is detected by the phase detection circuits 71 and 72 is not limited to the line voltage between the U and V phases, but may be any line voltage between any two phases.

不導通サイリスタ特定回路81,82には前記サイリスタ不導通検出信号S,Sもそれぞれ入力されており、不導通サイリスタ特定回路81,82は、位相検出回路71,72から出力される位相とサイリスタ不導通検出信号S,Sとに応じて不導通状態のサイリスタを特定し、不導通サイリスタ特定信号T,Tを出力する。 The thyristor non-conductive detection signals S 1 and S 2 are also input to the non-conductive thyristor specifying circuits 81 and 82, respectively. The non-conductive thyristor specifying circuits 81 and 82 are connected to the phase output from the phase detecting circuits 71 and 72. A non-conductive thyristor is specified according to the thyristor non-conductive detection signals S 1 and S 2, and non-conductive thyristor specific signals T 1 and T 2 are output.

次に、この実施形態の動作を説明する。ここでは、例えば1系の給電系統内の三相交流電源1から交流スイッチ3u,3v,3wを介して負荷5に給電しているものとする。
図2は、全波整流回路21から出力される入力電圧(入力線間電圧)全波整流波形と、全波整流回路23から出力される出力電圧(出力線間電圧)全波整流波形と、これらの波形の差電圧と、位相検出回路71から出力される線間電圧VUVの位相の一例を示している。
Next, the operation of this embodiment will be described. Here, for example, power is supplied to the load 5 from the three-phase AC power source 1 in the 1-system power supply system via the AC switches 3u, 3v, 3w.
2 shows an input voltage (input line voltage) full-wave rectification waveform output from the full-wave rectification circuit 21, an output voltage (output line voltage) full-wave rectification waveform output from the full-wave rectification circuit 23, An example of the difference voltage between these waveforms and the phase of the line voltage V UV output from the phase detection circuit 71 is shown.

いま、図2の時刻tで、交流スイッチ3u,3v,3wを構成するサイリスタのうちの何れかが不導通になったとすると、出力電圧全波整流波形が減少して入力電圧全波整流波形と一致しなくなり、これらの波形の間に差電圧が発生する。
上記の差電圧は減算器41により検出され、この差電圧が設定器7による閾値を超えた場合に比較器31から「High」レベルの信号が出力される。アンド回路51では、比較器31からの「High」レベルの信号とゲート信号Gとの論理積により、「High」レベルの信号を出力する。
Now, at time t F in FIG. 2, the AC switch 3u, 3 v, when any of the thyristors constituting the 3w is to become non-conductive, the output voltage full-wave rectification waveform is decreased input voltage full-wave rectified waveform And a difference voltage is generated between these waveforms.
The difference voltage is detected by the subtractor 41, and when the difference voltage exceeds the threshold value set by the setting unit 7, a signal of “High” level is output from the comparator 31. The AND circuit 51 outputs a “High” level signal based on the logical product of the “High” level signal from the comparator 31 and the gate signal G 1 .

そして、アンド回路51から出力された「High」レベルの信号が計時要素61による設定時間を超えて継続した場合に、交流スイッチ3u,3v,3wを構成するサイリスタのうちの何れかが不導通になったことを示すサイリスタ不導通検出信号Sが出力される。
なお、計時要素61による設定時間は、誤検出防止を目的として、例えば、入力線間電圧の60°から180°の位相に相当する時間(入力線間電圧一周期の1/3)よりも短い任意の時間にすれば良い。
When the “High” level signal output from the AND circuit 51 continues beyond the time set by the timing element 61, one of the thyristors constituting the AC switches 3u, 3v, 3w becomes non-conductive. A thyristor non-conducting detection signal S 1 indicating that it has become is output.
Note that the set time by the time measuring element 61 is shorter than, for example, a time corresponding to the phase of 60 ° to 180 ° of the input line voltage (1/3 of one cycle of the input line voltage) for the purpose of preventing erroneous detection. Any time can be used.

ここで、図3は、1系の交流スイッチ3u,3v,3wを構成する6個のサイリスタのオン期間と入力電圧(入力線間電圧)全波整流波形、線間電圧VUVの波形及び位相を示している。
図中のSCR11(u),SCR12(u)は、図1におけるU相の交流スイッチ3uを構成するサイリスタSCR11,SCR12に相当し、SCR11(v),SCR12(v)はV相の交流スイッチ3vを構成する一対のサイリスタ、SCR11(w),SCR12(w)はW相の交流スイッチ3wを構成する一対のサイリスタにそれぞれ相当する。また、上記SCR11(u)〜SCR12(w)の下に表記したVUV(p)〜VWU(n)は、当該サイリスタのオンによって現われる入力線間電圧波形の一部(図2における入力電圧全波整流波形の包絡線に相当)であり、例えば、VUV(p)はU相の交流スイッチ3uのサイリスタSCR11がオンすることにより現れる波形、VUV(n)は同じくU相の交流スイッチ3uのサイリスタSCR12がオンすることにより現れる波形である。
Here, FIG. 3, the 1-system AC switch 3u, 3 v, ON period and the input voltage of the six thyristors constituting the 3w (between the input line voltage) full-wave rectified waveform, the line voltage V UV waveform and phase Is shown.
SCR 11 (u) and SCR 12 (u) in the figure correspond to the thyristors SCR 11 and SCR 12 constituting the U-phase AC switch 3u in FIG. 1, and SCR 11 (v) and SCR 12 (v) are A pair of thyristors SCR 11 (w) and SCR 12 (w) constituting the V-phase AC switch 3v correspond to a pair of thyristors constituting the W-phase AC switch 3w, respectively. Also, V UV (p) to V WU (n) written below the SCR 11 (u) to SCR 12 (w) are part of the input line voltage waveform that appears when the thyristor is turned on (in FIG. 2). For example, V UV (p) is a waveform that appears when the thyristor SCR 11 of the U-phase AC switch 3u is turned on, and V UV (n) is the same as the U-phase. This waveform appears when the thyristor SCR 12 of the AC switch 3u is turned on.

図2,図3から明らかなように、交流スイッチ3u,3v,3wを構成する6個のサイリスタのうち、どのサイリスタが不導通になったかによって、前記差電圧が発生する線間電圧VUVの位相が異なる。従って、不導通サイリスタ特定回路81では、サイリスタ不導通検出信号Sと線間電圧VUVの位相情報とに基づいて、不導通になったサイリスタを特定し、不導通サイリスタ特定信号Tとして出力することができる。 As is apparent from FIGS. 2 and 3, the line voltage V UV that generates the differential voltage depends on which thyristor out of the six thyristors constituting the AC switches 3 u, 3 v, 3 w becomes nonconductive. The phase is different. Therefore, the non-conductive thyristor specifying circuit 81 specifies the non-conductive thyristor based on the thyristor non-conductive detection signal S 1 and the phase information of the line voltage V UV and outputs the non-conductive thyristor specific signal T 1. can do.

なお、上述した1系の給電系統と同様に、2系の給電系統内の交流スイッチ4u,4v,4wを構成する6個のサイリスタについても、全波整流回路22,23、減算器42、比較器32、アンド回路52、計時要素62、不導通サイリスタ特定回路82の動作により、何れかのサイリスタが不導通になったことを検出してサイリスタ不導通検出信号Sを出力させ、更には、どのサイリスタが不導通になったかを検出して不導通サイリスタ特定信号Tを出力させることができる。 As with the above-described 1-system power supply system, the full-wave rectifier circuits 22 and 23, the subtractor 42, and the 6 thyristors constituting the AC switches 4u, 4v, and 4w in the 2-system power supply system are compared. vessel 32, the aND circuit 52, timing element 62, by the operation of the non-conducting thyristor particular circuit 82, one of the thyristors is to output a detected thyristor nonconductive detection signal S 2 that has become non-conductive, and further, which thyristors can output the non-conducting thyristor specific signal T 2 to detect whether becomes nonconductive.

次に、図4は、時刻tで1系の給電系統内のサイリスタに不導通が発生したため、負荷5への給電系統を2系側に切り換えた場合の動作を示す波形図である。
1系においてサイリスタが不導通になったことにより三相のうち一相で回路が開放され、負荷5への出力電圧が低下して0[V]に達すると共に、健全相のサイリスタを含む三相全てのサイリスタを流れる電流が0[A]になったことに基づいてサイリスタのオフ条件(電流が保持電流以下)が満たされていると判断することができる。
Next, FIG. 4, since the non-conductive one system thyristor feeding the system at the time t F has occurred, is a waveform diagram showing an operation when switching the power supply system to the load 5 on the 2-based side.
When the thyristor becomes non-conductive in system 1, the circuit is opened in one of the three phases, the output voltage to the load 5 decreases to reach 0 [V], and the three-phase including the healthy phase thyristor Based on the fact that the current flowing through all the thyristors becomes 0 [A], it can be determined that the thyristor OFF condition (the current is equal to or less than the holding current) is satisfied.

従って、サイリスタ不導通検出信号Sと出力電圧及び電流の消失とを確認したら、時刻t以前に1系の給電系統内のサイリスタに与えていたゲート信号Gをオフにし、2系の給電系統内のサイリスタに対するゲート信号Gをオンさせる。
これにより、時刻t以後は、2系の給電系統により健全な交流スイッチ4u,4v,4wを介して負荷5に電力を供給することができ、いわゆる電源転換動作を完了することができる。
Accordingly, when it is confirmed that the thyristor non-conduction detection signal S 1 and the disappearance of the output voltage and current are confirmed, the gate signal G 1 applied to the thyristor in the first power feeding system before the time t F is turned off, and the second power feeding is performed. to turn on the gate signal G 2 for the thyristors in the system.
Thus, the time t F after the healthy AC switch 4u by 2 system power supply system of, 4v, can provide power to the load 5 through a 4w, can be completed so-called power conversion operation.

なお、上記実施形態では負荷5に対して二つの給電系統を有する電源転換回路について説明したが、本発明は、三つ以上の給電系統を有する電源転換回路にも適用可能である。
更に、本発明におけるスイッチング素子の不導通検出原理、及び、不導通スイッチング素子の特定原理は、三相交流電源の各相に接続された交流スイッチを介して負荷に給電する単一の給電系統にも適用することができる。
In addition, although the said embodiment demonstrated the power supply conversion circuit which has two electric power feeding systems with respect to the load 5, this invention is applicable also to the power supply conversion circuit which has three or more electric power feeding systems.
Furthermore, the non-conducting detection principle of the switching element and the specific principle of the non-conducting switching element in the present invention are applied to a single power feeding system that feeds a load via an AC switch connected to each phase of a three-phase AC power source. Can also be applied.

本発明は、三相の負荷に対する電源転換回路、冗長給電回路に利用することができる。   The present invention can be used in a power supply conversion circuit and a redundant power supply circuit for a three-phase load.

1,2:三相交流電源
3u,3v,3w,4u,4v,4w:交流スイッチ
5:負荷
6u,6v,6w:電力線
7:設定器
11,12,13:電圧検出回路
21,22,23:全波整流回路
31,32:比較器
41,42:減算器
51,52:アンド回路
61,62:計時要素
71,72:位相検出回路
81,82:不導通サイリスタ特定回路
1, 2: Three-phase AC power supply 3u, 3v, 3w, 4u, 4v, 4w: AC switch 5: Load 6u, 6v, 6w: Power line 7: Setters 11, 12, 13: Voltage detection circuits 21, 22, 23 : Full wave rectifier circuit 31, 32: comparator 41, 42: subtractor 51, 52: AND circuit 61, 62: timing element 71, 72: phase detection circuit 81, 82: non-conducting thyristor specifying circuit

Claims (5)

三相交流電源の各相と負荷との間にそれぞれ接続された交流スイッチを構成する半導体スイッチング素子の不導通状態を検出する不導通検出装置において、
前記交流スイッチの入力電圧と出力電圧との差電圧を検出する手段と、
前記交流スイッチをオン・オフさせるための駆動制御信号が与えられた状態で前記差電圧が所定の閾値を超えた時に、前記交流スイッチを構成する何れかの半導体スイッチング素子が不導通状態であることを示す不導通検出信号を出力する手段と、
を備えたことを特徴とする半導体スイッチング素子の不導通検出装置。
In a non-conducting detection device for detecting a non-conducting state of a semiconductor switching element constituting an AC switch connected between each phase of a three-phase AC power source and a load,
Means for detecting a differential voltage between an input voltage and an output voltage of the AC switch;
One of the semiconductor switching elements constituting the AC switch is in a non-conductive state when the differential voltage exceeds a predetermined threshold in a state where a drive control signal for turning on / off the AC switch is given. Means for outputting a non-conduction detection signal indicating
A non-conducting device for detecting a semiconductor switching element.
請求項1に記載した半導体スイッチングの不導通検出装置において、
前記差電圧を検出する手段は、各相の前記交流スイッチに入力される線間電圧の全波整流波形と各相の前記交流スイッチから出力される線間電圧の全波整流波形との差電圧を検出することを特徴とする半導体スイッチング素子の不導通検出装置。
In the semiconductor switching non-conducting detection device according to claim 1,
The means for detecting the differential voltage is a difference voltage between a full-wave rectified waveform of a line voltage input to the AC switch of each phase and a full-wave rectified waveform of a line voltage output from the AC switch of each phase. A non-conducting detection device for a semiconductor switching element, characterized in that:
請求項1または2に記載した半導体スイッチング素子の不導通検出装置において、
前記三相交流電源の任意の二相の線間電圧の位相を検出する手段を備え、
前記位相と前記不導通検出信号とに基づいて不導通状態の半導体スイッチング素子を特定する手段を備えたことを特徴とする半導体スイッチング素子の不導通検出装置。
In the non-conducting detection device of the semiconductor switching element according to claim 1 or 2,
Means for detecting the phase of any two-phase line voltage of the three-phase AC power source;
A non-conducting detection device for a semiconductor switching element, comprising means for specifying a non-conducting semiconductor switching element based on the phase and the non-conducting detection signal.
請求項1〜3の何れか1項に記載した半導体スイッチング素子の不導通検出装置において、
前記交流スイッチが、互いに逆並列に接続された2個のサイリスタからなることを特徴とする半導体スイッチング素子の不導通検出装置。
In the non-conducting detection device of the semiconductor switching element given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The AC switching device includes two thyristors connected in antiparallel to each other, and the semiconductor switching element non-conducting detection device.
請求項1〜4の何れか1項に記載した半導体スイッチング素子の不導通検出装置において、
前記三相交流電源及び前記交流スイッチを有する給電系統を複数備え、
一つの給電系統から前記不導通検出信号が検出され、かつ当該給電系統の出力電圧が低下した時に、当該給電系統による前記負荷への給電を停止して他の給電系統による給電に切り換えるように前記駆動制御信号を制御する手段を備えたことを特徴とする半導体スイッチング素子の不導通検出装置。
In the non-conducting detection apparatus of the semiconductor switching element described in any one of Claims 1-4,
A plurality of power supply systems having the three-phase AC power source and the AC switch,
When the non-conduction detection signal is detected from one power supply system and the output voltage of the power supply system is lowered, the power supply to the load by the power supply system is stopped and switched to power supply by another power supply system. A non-conducting detection device for a semiconductor switching element, comprising means for controlling a drive control signal.
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